基于動態(tài)稱重的高速公路超載車輛檢測系統(tǒng)★

曾江河

(廣州市公路管理局工程研究所，廣東廣州 510420)

0 引言

超載運輸現(xiàn)象在我國十分普遍，不僅對公路、橋梁等造成非正常損壞，而且極易引發(fā)交通事故，危及人民生命和財產(chǎn)安全。因此，對公路超載運輸治理刻不容緩。

目前，國內(nèi)治理超載問題的主要手段包括:靜態(tài)稱重或低速動態(tài)稱重、計重收費等，其中靜態(tài)稱重是在高速公路上設(shè)置超載檢測站，利用靜態(tài)稱重設(shè)備或低速稱重設(shè)備對超載車輛進行檢測，針對檢測結(jié)果進行處治;計重收費是車輛通過收費站出口時按照實際載重進行階梯式收費?；陟o態(tài)稱重和計重收費的超載治理方法過程復(fù)雜、檢測工作量大，由于對超載車輛的檢測時間較長，容易引發(fā)高速公路在超載檢測站的交通擁堵現(xiàn)象;另一方面現(xiàn)有的很多高速公路在建設(shè)期沒有預(yù)留用地建設(shè)超載檢測站，也沒有多余的空地安置超載貨物，人員配備也比較缺乏。這些問題在短時間內(nèi)無法解決，因此迫切需要一種新的超載治理模式。

動態(tài)稱重系統(tǒng)WIM(Weigh-In-Motion)作為一種新的稱重技術(shù)，在國外得到了廣泛采用［2，3］，WIM 的定義為:針對行進中的車輛，測量其動態(tài)輪胎壓力，以估計靜止車輛的重量的技術(shù)［4］。WIM系統(tǒng)包括一系列感應(yīng)器和數(shù)據(jù)采集分析裝置，感應(yīng)器檢測車輛到達以及相應(yīng)的動態(tài)輪胎壓力，利用采集的數(shù)據(jù)進行分析以估計車輛重量、速度、軸距和車型。WIM的優(yōu)點是稱重過程中不需要車輛停止。然而，WIM也有缺點，主要為:

1)與靜態(tài)稱重相比，WIM稱重不夠精確，根據(jù)美國的研究結(jié)果，WIM的稱重誤差在6%左右;

2)WIM容易受電磁干擾尤其在雷擊天氣中［5］。

本文在分析高速公路超載檢測系統(tǒng)功能需求的基礎(chǔ)上，以提高檢測效率、減少滯留車輛延誤時間為重點，運用動態(tài)預(yù)檢測手段，設(shè)計了一個高速公路超載車輛動態(tài)檢測系統(tǒng)，針對系統(tǒng)運行模式和關(guān)鍵參數(shù)進行了探討。

1 高速公路超載車輛檢測系統(tǒng)需求分析

1.1 高速公路超載問題特征

由于我國公路收費制度存在部分漏洞和缺陷，加之我國公路運輸市場的不規(guī)范、惡性競爭等原因，二、三級公路上超載運輸已成普遍現(xiàn)象。在高速公路，超載現(xiàn)象也時有發(fā)生，引發(fā)原因包括:不同地區(qū)(省份)關(guān)于超載標(biāo)準(zhǔn)不一致，部分收費入口缺乏計重設(shè)備，貨車在服務(wù)區(qū)配載等。

與普通公路相比，高速公路的超載后果更嚴(yán)重，高速公路運行速度高、車流量大，超載車輛一旦發(fā)生交通事故或壓垮結(jié)構(gòu)物，將導(dǎo)致嚴(yán)重的交通安全問題和事故隱患。同時，在高速公路上如何識別超載車輛也變得極為關(guān)鍵，如果治超站點對每輛貨車進行測重，不僅加大治超工作人員勞動強度，而且測重車輛排隊將影響高速公路交通流運行，因此，治理高速公路超載問題顯得尤為重要。

1.2 高速公路超載檢測系統(tǒng)用戶需求

高速公路超載治理涉及多個部門，要設(shè)計多方聯(lián)動、合理的超載管理系統(tǒng)，首先必須明確其用戶需求。高速公路治超系統(tǒng)用戶包括:路政、收費站、交警、駕駛員、特殊貨物處理專家，各用戶需求如表1所示。

表1 高速公路超載檢測系統(tǒng)用戶需求

1.3 超載檢測系統(tǒng)功能需求

基于以上不同用戶的需求分析，本系統(tǒng)主要功能設(shè)定為:

1)高速動態(tài)“初檢”:車輛通過動態(tài)檢測區(qū)時無需減速或停車，系統(tǒng)能較準(zhǔn)確地獲得車輛載重信息，并對超載車輛進行“初識別”。2)靜態(tài)“精檢”:系統(tǒng)對進入靜態(tài)檢測區(qū)(“復(fù)檢區(qū)”)的車輛進行精檢，確定其真實載重和超載與否。3)超載車輛信息識別:動態(tài)檢測系統(tǒng)判定貨車存在超載嫌疑后，系統(tǒng)能實時、準(zhǔn)確讀取嫌疑車輛的車牌號碼，并將車牌號傳送至治超站控制器。4)超載信息發(fā)布:治超站控制器將“初檢”結(jié)果為“超載”信息，由動態(tài)信息板VMS向駕駛員發(fā)布;并將該信息發(fā)送給路政人員;當(dāng)超載車輛拒絕停車進入“精檢區(qū)”強行闖關(guān)時，控制器將信息發(fā)送給前方治超站點或收費站。5)超載車輛誘導(dǎo):結(jié)合VMS和路政人員向超載車輛提供超載信息，并引導(dǎo)其進入“復(fù)檢區(qū)”。6)超載貨物中轉(zhuǎn):治超站針對超載車輛，提供卸載場地并保管。

2 超載車輛動態(tài)檢測系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)工作原理及流程

1)車頭接近感應(yīng)線圈，系統(tǒng)自動觸發(fā)感應(yīng)線圈和高速動態(tài)稱重器，對車輛進行稱重，同時車牌識別器被觸發(fā)，抓拍當(dāng)前車輛圖像，將抓拍圖像傳送至控制計算機，提取車輛信息包括:軸重、軸型、速度、重量等數(shù)據(jù)。

2)車尾通過收尾感應(yīng)線圈時，系統(tǒng)將采集的車輛信息和數(shù)據(jù)進行分析和比對，得出稱重結(jié)果，同時判斷車輛是否超載。

3)如果當(dāng)前車輛超載，系統(tǒng)將超載信息發(fā)送給系統(tǒng)服務(wù)器，系統(tǒng)啟動超載車輛誘導(dǎo)系統(tǒng)，引導(dǎo)車輛進入復(fù)檢區(qū)進行復(fù)檢稱重;如果車牌識別器無法識別車輛信息，如:車牌遮擋、污損，車牌識別器也將該信息傳送給服務(wù)器，中心控制器啟動前方路側(cè)攝像機對車輛拍照，并將結(jié)果提交治超站控制中心，工作人員依據(jù)路側(cè)攝像機傳回圖像對可疑車輛進行攔截。

4)車輛進入復(fù)檢區(qū)，靜態(tài)稱重系統(tǒng)對車輛進行精確稱重。若車輛確定為超載，系統(tǒng)通知工作人員對超載車輛進行處理，并引導(dǎo)車輛進入超載貨物中轉(zhuǎn)區(qū)或接受其他處理措施;若車輛未超載，系統(tǒng)放行。

5)針對超載車輛逃逸未進入復(fù)檢區(qū)，系統(tǒng)將該車輛信息列入黑名單，并將該車輛信息發(fā)送至上游治超點、收費站和監(jiān)控中心。

系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)組成主要包括:感應(yīng)線圈、稱重傳感器、車牌識別器、誘導(dǎo)系統(tǒng)、信息傳輸設(shè)備和計算機系統(tǒng)。感應(yīng)線圈檢測車輛到達;稱重傳感器對車輛動態(tài)稱重;車牌識別器采集車輛信息;誘導(dǎo)系統(tǒng)引導(dǎo)疑似超載車輛進入復(fù)檢區(qū)，信息傳輸設(shè)備對逃逸車輛信息進行傳輸;中心計算機對采集數(shù)據(jù)進行處理。

2.3 車輛超載閾值設(shè)定

本系統(tǒng)的關(guān)鍵是動態(tài)測重和超載判別，而超載閾值是影響系統(tǒng)性能的重點，如果閾值設(shè)定過高則導(dǎo)致可能超載車輛未識別，設(shè)定過低則增加誤判率而增大復(fù)檢工作量。設(shè)定閾值的方法主要包括:

1)如果系統(tǒng)處于理想環(huán)境，考慮檢測器精度，確定系統(tǒng)誤差值;

2)如果系統(tǒng)處于非理想環(huán)境，考慮人為因素和外界條件影響，確定浮動誤差值;

3)結(jié)合系統(tǒng)誤差和浮動誤差，確定最終超載閾值。

在本研究中，考慮了人為影響、外界環(huán)境，假設(shè)本系統(tǒng)在不大于80 km/h的綜合誤差在6%以內(nèi)，超載系統(tǒng)的閾值設(shè)定為當(dāng)前檢測車輛的核定軸載噸位×1.06。當(dāng)然，超載閾值并非固定，要根據(jù)系統(tǒng)所處的外部環(huán)境，調(diào)整超載閾值，以確保系統(tǒng)檢測的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

針對高速公路超載問題特征，設(shè)計了“動態(tài)預(yù)檢+靜態(tài)復(fù)檢”的超載治理系統(tǒng)，針對各用戶(治超站、收費部門、監(jiān)控中心、交警和駕駛員等)進行了用戶需求分析，擬定了系統(tǒng)功能，并對系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，針對系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)超載閾值進行了研究。動態(tài)稱重系統(tǒng)不僅能最大可能檢測到超載車輛，而且能避免因每車必查而導(dǎo)致的交通擁堵現(xiàn)象，也減少執(zhí)法人員勞動強度和危險性。高速公路超載治理應(yīng)該是多部門合作完成，需要針對超載問題制定相應(yīng)的機制，保障治理效果。

［1］路成章，王文龍.超載運輸對社會的危害［J］.公路交通科技，2004(5):49-50.

［2］Bernard Jacob，Eugene J.O’Brien，W.Newton.Assessment of the accuracy and classification of weigh-in-motion systems.Part 2:European specification［J］.International Journal of Heavy Vehicle Systems，2000，7(2):153-168.

［3］Bob Peters，Chris Koniditsiotis.WEIGH-IN-MOTION TECHNOLOGY［M］.Austroads Incorporated，Sydney NSW Australia，2000.

［4］Patrick J.Szary，Ali Maher.Implementation of Weigh-In-Motion(WIM)Systems［R］.Center for Advanced Infrastructure ＆Transportation(CAIT)，Rutgers，The State University，F(xiàn)HWANJ-2009-001，2009.

［5］Rob Bushman，Andrew J.Pratt.Weigh In Motion Technology-E-conomics and Performance［C］.NATMEC’98，Charlotte，North Carolina，1998.